重磅！首次观察到分支光流，光也可以像树一样，从树干无限分支！

来自以色列理工学院的科学家首次观测到分支光流，其研究发现发表在《自然》期刊上，因其重要发现上了《自然》期刊封面。这项研究是由博士生Anatoly(Tolik)Patsyk与Miguel A.Bandres合作进行，Miguel A.Bandres在项目开始时是Technion的博士后研究员，现在是中佛罗里达大学光学和光子学学院CREOL的助理教授。

这项研究由理工学院校长Uri Sivan教授和理工学院物理和电气工程学院、固态研究所和Russell Berrie纳米技术研究所的杰出教授Mordechai(Moti)Segev领导。当光波在包含干扰的地貌中传播时，它们会自然地分散，通常是四面八方的，光的散射是一种自然现象，存在于自然界的许多地方，例如，光散射是天空呈蓝色的原因。事实证明，当扰动变化的长度远远大于光波长时，光波以一种不寻常的方式散射：

它形成强度增强的通道(分支)，随着波的传播，这些通道(分支)继续分裂为更多分支，这种现象称为分支流，最早是在2001年用电子观测到的，并被认为无处不在，自然界中的所有波也都会发生，例如声波，甚至海浪。现在，Technion的研究人员正在将分支流引入光领域：对分支光流进行了实验观察。米格尔·班德雷斯(Miguel Bandres)助理教授说：我们一直有找到新东西的意图，并渴望找到它，最终找到了这个东西。

像树枝一样的分支光流

大家所熟悉波在均匀介质中传播的事实，但对于其他类型的介质，波的表现方式可能截然不同。当有一个无序的介质，变化是平滑的，就像山脉和山谷的风景一样，波将以一种特殊的方式传播。它们将形成随着波的传播而不断分裂的通道，形成一个类似于树枝的美丽图案。在研究中，研究小组将激光束耦合到肥皂膜上，肥皂膜含有随机变化的膜厚度。

研究发现，当光在肥皂膜中传播时，光不会被散射，而是会形成细长的分支，从而产生分支光流动现象。在光学领域通常努力让光保持聚焦，并以准直光束的形式传播，但在这项研究中，令人惊讶的是，肥皂膜的随机结构自然导致了这种分支光流的现象，这是大自然给我们的另一个惊喜，只是现在才发现。在光学领域中产生分支流的能力，为研究和理解这一普遍波动现象提供了令人兴奋的新机会。

以色列理工学院主席、贝尔托尔多·巴德勒物理系学术主席尤里·西文教授说：没有什么比发现一些新东西更令人兴奋的了，这是第一次用光波证明这一现。这表明，在简单的系统中也可以观察到有趣现象，人们只需有足够的洞察力就能发现它们。因此，汇集和结合来自不同背景和不同学科研究人员的观点，带来了一些真正有趣的见解。那就用光波观察它的事实，为研究打开了非凡的新可能性。

在光波中也存在“分支流”现象

首先是可以非常精确地描述光在其中传播的介质特征，也可以准确地跟踪这些分支并研究它们的性质。著名教授莫蒂·塞格夫，罗伯特·J·希尔曼物理学和电气工程学特聘教授说：展望未来，我总是教育研究团队超越地平线去思考，去思考一些新的东西，同时看实验事实的原貌，而不是试图调整实验以满足某些预期的行为。在本研究中，托利克试图测量一些完全不同的东西，他惊讶地看到了这些他最初无法解释的“光树枝”。

故而邀请米格尔加入实验，一起将实验大大升级到可以分离出所涉及的物理的水平，花了一年多的时间，最终才明白，这是是一种奇怪的“分支流”现象，在当时，这种现象从未被考虑到光波的背景下。现在，有了这个观察，可以想出很多的新想法。例如，使用这些光树枝来控制液体中的流体流动，或者将肥皂与荧光材料结合，使枝条成为小激光。或者使用肥皂膜作为探索波的基本原理平台，例如从通常是扩散的普通散射到分支流的转变。

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博科园｜研究/来自：以色列理工学院/美国技术学会

参考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-020-2376-8

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